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毕 业 设 计 开 题 报 告 题 目 名 称 侧装式少齿差传动卷扬机设计 题 目 类 别 学 院（系） 专 业 班 级 学 生 姓 名 指 导 教 师 辅 导 教 师 开题报告日期 开题报告 一、题目来源及类型 题目名称： 测装式少差齿传动卷扬机设计 题目来源：生产实际 题目类别：毕业设计 二、研究目的和意义 卷卷扬机又称绞车，是由动力驱动的卷筒通过挠性件 (钢丝绳、链条 )起升、运移重物的起重装置。它结构简单，使用方便，广泛应用于建筑、安装、运输等部门的拽引和起重作业。扬机按驱动方式可分为人力驱动和动力驱动两大类。人力驱动型有：绞盘、手摇卷扬机等。用 在缺乏电源或使用电源不便的地方。动力驱动型主要是电力驱动。 卷扬机按拽引速度可分快速和慢速两种。快速卷扬机一般拽引速度为 30用于建筑工地。慢速卷扬机拽引速度为7要用于设备安装作业 。 利用少差齿传动机构的优越性可以改进和提高机械设备的传动机构技术性能，将渐开线少齿差行星齿轮传动应用于建筑起重卷扬机的动力传输系统，是使传统卷扬机减小体积，优化结构，降低成本，提高性能的有效途径，具有广泛的前景。 少差齿传动的特点是速比大，体积小，结构简单。它又少齿差轮副和一个具有等角速度 转换功能的传动机构组成。工程中目前试用的传动机构有销轴式，浮动盘式，十字滑块式，零齿差式，曲柄式等几种等几种。以应用最广泛的销轴式为例，其有点是结构简单。缺点是：（ 1）行星齿轮轴承的径向载荷较大，（ 2）轴孔的位置精度要求较高，轴销安装也有一定困难。 此重卷扬机起重大、操作灵活、安全可靠、经久耐用。广泛适用于建筑、桥梁、港口、发电厂、冶金、矿山等企业工地中。 近年来 卷扬机的试用为 国家公路、铁路、桥梁、码头、电建、水利、矿山、船舶等工程建设提供了 很好的决定性的帮助 。 它在工业社会的巨大作用获得了们的认可 诚信的服务 得到了用户单位的一致赞许。 三、阅读的主要参考文献及资料名称 1 张清国主编，建筑工程机械，重庆大学出版社， 1998 年第二版 2 机械设计手册编委会编著，机械设计手册第 3 版，机械工业出版社， 2004年 8 月 3 渐开线齿轮行星传动的设计与制造编委会著，渐开线齿轮行星传动的设计与制造，机械工业出版社 4 朱景梓，渐开线齿轮变位系数的选择，第二版 M 北京：人民教育出版社，1982 6 刘海江 现代机械 ,1996,(01) 7 杨江 ,张展 动的设计与制造 1987,(05) 8 祝凌云 李斌 编著 王箐燕 改编 火版 入门指南 人民邮电出版社 9 陆耀祖 组合机床与自动化加工技术 ,1985,(04) 10舒小龙 李平 渐开线少齿差传动的最小啮合角 机械设 计与研究 4 期 11白雁军 祝凌云 编著 火 绘图指南 人民邮电出版社 12周有强，胡茂炫，张文照 齿轮， 1983 (1) 13王瑞 减速器 1992 (1) 14李玉忠 机械， 1988 (6) 16吴春英 内齿行星轮行星齿轮传动。机械设计， 17李英民 建筑机械化 ,2003,(03) 18高正 立 J1995,(1). 19张丽珍 吴燕翔 电工程 2 期 20戴红娟 ,周红良 ,曾励 ,J2005,(12). 21林群 ,张文照 华东理工大学学报 ,1985,(04) 22冯晓宁，李宗浩 机械传动 ,1995,(01) 23曹清 香 星齿轮系传动比的计算 2001,(06) 24杨锡和 ,石辉 J2003,(2). 25少齿差减速器编写组编 机械工业出版 社， 1981 26舒小龙 李平 渐开线少齿差传动的最小啮合角 机械设计与研究 4 期 27齐治国 建筑卷扬机设计 机械工业出版社 1 期 2829、国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向 （一）国内卷扬机概况 从 70 年代起，我国建筑卷扬机的生产进入了技术提高、品种增多的新阶段。在各厂自行设计和生产的基础上， 1973 年，由卷扬机行业组织了有关厂家和院校联合进行了卷扬机基型设计，并充分考虑到了当时中小厂家的生产能力。快速卷扬机的基型采用半开半闭式齿轮传动，离合器采用单锥面石棉橡胶摩擦带结构，操纵 用手扳刹车带制动（图 1 1）。慢速卷扬机的基型为闭式传动（圆柱齿轮传动或蜗杆传动减速器）、电磁铁制动结构。这两种基型一直到现今 还在生产。为适应生产发展的需要，当时第一机械工业部发布了 74建筑卷扬机型式与基本参数和 76建筑卷扬机技术条件两个部标准，并把卷扬机行业划归常德建筑机械研究所（长沙建筑机械研究院前身）领导。随着部标准的颁布，使建筑卷扬机有了大发展的基础。在此期间，由于石化工业的发展，大型设备很多，都需要吊装，如一些大型反应塔，塔的高度达七八十米，质量达五六百吨，就需要有大型吊装用的卷扬机，因而各厂家相继生产了 20t 和 32 1 2），满足 了经济发展的需要。 从 70 年代末期 开始，中国实行了改革开放政策，使国民经济得到了大发展，基本建设务增加了很多，促使建筑机械的使用大量增加，生产卷扬机的厂家亦随之大量增加。为使设计和生产规范化，国家颁布了 80建筑卷扬机、83建筑卷扬机设计规范。随着改革开放逐步深入，生产形势的不断发展，新产品的开发提到日程上来了，不少生产厂家成立了厂属研究所，开发了如高速卷扬机、变速卷扬机、自动限位卷扬机等新产品，以及谐波传动、摆线针轮传动、圆弧齿齿轮传动、圆弧齿圆柱蜗杆传动等具有新型传动型式的卷扬机。为使卷扬机的生产满足日益增加 的需求和解决中小厂家设计力量薄弱的情况， 1988 年卷扬机行业组织了九厂一所一校成立了卷扬机系列设计组，对单简快速建筑卷扬机起重质量从 机型进行了系列设计。这次设计分两种机型，一种为基本型（电控卷扬机），一种为溜放型（手控卷扬机）。设计既考虑到技术发展的趋势，又考虑到厂家的生产能力。因此基本型为一字型布置，采用二级或三级圆柱斜齿轮传动，电制动锥形转子电动机；溜放型采用封闭式二级行星齿轮传动，普通 Y 系列电动机，用手操作两条制动带控制工作和制动。这两种机型结构紧凑，加工简单，操作方便，体积小，重 量轻，一般中小企业均可生产，满足了生产的需要又实现了技术的进步。为使卷扬机发展规范化，又相继颁布了一系列有关建筑卷扬机的标准，有 86建筑卷扬机、 86建筑卷扬机试验规范和方法、 87建筑卷扬机术语、 91建筑卷扬机安全规程、 5031 93建筑卷扬机设计规范等。 （二）国外卷扬机概况 在国外，卷扬机的品种繁多，应用也很广泛。在西方技术先进的国家中，虽然工业水平先进，机械化程度不断提高，起重设备也在不断更新，但仍不能 完全淘汰卷扬机这样的行之有效的简单机械设备。下面介绍一下几个主要国家生产卷扬机的状况。 （ 1）美国 美国生产卷扬机的厂家有近百家，主要有贝波（ 际有限公司、哲恩（ 限公司等。贝波国际有限公司成立于 1919 年，有七十多年的设计和生产实践经验。主要产品有：气动链式卷扬机（ 40t），防爆拖式气动卷扬机（ 30t），驳船卷扬机（手动、气动、电动、液压， 25 75t），电动链式卷扬机（ 20t），电动葫芦（ 15t），电动卷扬机（ 手 动卷扬机（ 75t），液压卷扬机（ 1 10t），水平卷扬机（ 9t），手动链式卷扬机（ 100t），棘轮牵引器（ 空中吊运车（ 20t）。哲恩有限公司是美国较大的生产起重设备的公司，主要产品有各种手动卷扬机、电动卷扬机、提升机械及起重机。手动卷扬机的主要品种有：直齿传动卷扬机、蜗杆传动卷扬机；电动卷扬机的主要品种有：蜗杆传动系列、直齿齿轮传动系列、齿轮蜗杆传动组合系列、直接驱动系列、链传动系列。其中直接驱动式电动卷扬机的传动是全封闭行星齿轮传动，传动系统全部装在卷筒里面，机架和卷筒 用高强度钢焊接而成。美国除上述两家公司外，比较重要的生产厂家还有布劳斯公司、赛林公司、斯塔斯派克公司、阿姆降公司、英格索艺德公司等。 （ 2）日本 日本从明治 30 年开始制造和使用卷扬机。据日本荷役机械研究所核计，1970 1975 年间卷扬机的产量增加 据日本通产省机械核计月报载，仅1977 年单纯土建卷扬机的产量就达 12 万台，产值约 100 亿日元。日本卷扬机行业由机械技术部会、荷役机械技术委员会领导。主要生产厂家有北川铁工所、远滕钢机、南星、越野总业、艺浦、松岗产业等 80 多个厂家。北川铁 工所是一家大型生产厂。其生产的卷扬机品种系列比较齐全，主要有：动力卷扬机 分 F、 种型式。功率为 44丝绳拉力从 5880 44100N，有 18 个规格。 是 V 型带传动， 是单筒开式齿轮传动， 是双筒开式齿轮传动。其结构特点是全部为标准型，采用改进了的螺旋顶丝式离合器操纵，因而操作简便，易调整。鼓形离合器采用单锥体式，摩擦材料采用带型树脂。 五、主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路 结构设计 设计卷扬机首先要确定卷筒直径，因为它直接影响卷扬机的结构及转速。如果卷筒 直径大，会使卷扬的涨、抱闸系统的直径增大，其产生的力矩大大增加；还使卷扬机的转速下降，达不到设计要求。 传动设计 卷筒直径确定后，可以进行卷扬机的转速计算。 （一） 减速器设计计算（渐开线少齿差行星齿轮减速装置设计， 齿轮传动设计 ） （二）钢丝绳的选择 （二）卷筒设计计算 （三）转臂轴承的选择与偏心套的设计 （四）轴的设计计算与校核 （五）联轴器与制动器的选择 六、完成毕业设计（论文）所必须具备的工作条件（如工具书、计算机辅助设计、某类市场调研、实验设备和实验环境条件等）及解决的办法 本次毕业设计主要是应用 作卷扬机的总装图，零件图，卷扬筒，行星齿轮，输出轴，所以工具就是计算机，另外还需一些参考书和一些相关的手册，具体在上面第三条已列出。 七、工作的主要阶段、进度与时间安排 第一阶段：掌握三环减速器的结构及工作原理 第二阶段：熟练掌握 使用 第三阶段：应用 制卷扬机的 总装图，零件图，卷扬筒，行星齿轮，输出轴 第四阶段：整理定稿准备答辩 第 6 周 : 翻译 ,查阅资料 第 7 周 : 撰写开题报告 第 8 :进行毕 业设计 第 15 周 : 修改毕业设计 第 16 周 : 审查 ,评阅 第 17 周 : 答辩 八、指导老师审查意见 目 录 中文摘要 文摘要 言 绪论 1 扬机国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向 1 齿差行星齿轮传动计算现状及发展 4 计思路及方案论证 5 2 主要设计参数的确定 6 扬机工作级别的确定 7 丝绳直径的选取 7 筒计算直径的确定 8 机的选择与传动比的计算 8 3 渐开线少齿差减速装置的设计 9 齿差传动原理 9 轮齿数的确定 10 轮 模数的确定 10 轮基本参数的确定 13 动内部结构的选定与设计 16 的设计 18 4 部分零件的校核 23 齿差行星传动受力分析 24 轴的强度校核 26 出轴的强度校核 27 的校核 29 承的校核 30 5 卷筒主要尺寸的确定 32 筒节径、边缘直径和容绳宽度的确定 32 筒厚度与绳槽尺寸的确定 32 6 结束语 34 参考文献 35 致谢 36 附录 37 侧装式少齿差传动卷扬机设计 摘要 渐 开线少齿差传动卷扬机是诸多传动形式卷扬机中的一种。 利用少齿差传动机构的优越性可改进和提高建筑机械等设备的传动结构技术性能，将渐开线少齿差行星齿轮传动应用于建筑卷扬机的动力传输系统，可以 减小机构尺寸，提高传动质量， 同时它的 传动比大、承载能力大、寿命长，也降低了制造成本。但是在渐开线少齿差内啮合传动中 ,由于内齿轮和外齿轮的齿数差少 ,在切削和装配时常常会产生各种干涉 ,以致造成报废。因此 ,为了保证内啮合传动的正常运转 ,设计时要满足几个条件，主要的两个限制条件是，即要保证 不发生齿廓重迭干涉和啮合率不小于 1。 少齿差内啮 合的设计非常烦琐 ,尤其是齿廓重迭干涉验算最为麻烦，这也是解决设计问题的核心所在。 在设计过程中多次变换变位系数和齿顶高系数以满足条件。 本文主要 对少齿差行星齿轮传动的设计计算进行了说明。其中包括工作原理、参数选择、几何计算等。并根据结构尺寸设计零件、选择标准件，然后再进行强度或者寿命校核计算。 关键词 卷扬机；渐开线少齿差传动； 齿廓重迭干涉；少齿差内啮合 of of is of It of of If it a no is is is it in of of of is It in so it be in to in is it of of is of It is of in It to to in is of in of of so on of on of or 前言 卷扬机又称绞车，是由动力驱动的卷筒通过挠性件 (钢丝绳、链条 )起升、运移重物的起重装置。它结构简单，使用方便，广泛应用于建筑、安装、运输等部门的拽引和起重作业。扬机按驱动方式可分为人力驱动和动力驱动两大类。人力驱动型有：绞盘、手摇卷扬机等。用在缺乏电源或使用电源不便的地方。动力驱动型主要是电力驱动。 卷扬机按拽引速度可分快速和慢速两种。快速卷扬机一般拽引速度为30用于建筑工地。慢速卷扬机拽引速度为 7要用于设备安装作业 。 此次设计的是侧装式少齿差传动卷扬机，它是以少齿差行星齿轮传动为传输系统。 少齿差行星传动是渐开线少齿差行星传动的简称 ,它采用的是渐开线齿形。摆线针轮减速器和谐波减速器也属于少齿差行星传动原理 ,但摆线针轮减速器用的是摆线齿形 ,谐波减速器用的是三角形齿形 (也有用渐开线齿形代 ) 。另外像 混凝土振动器用的是摩擦轮 ,但其增速原理也是少齿差行星传动。由于它们都有专门名称 ,所以一般所讲的少齿差行星传动是专指渐开线少齿差行星传动而言的。随着现代工业的发展 ,机械化和自动化水平的不断提高 ,各工业部门需要大量减速器 ,并要求 减速器的体积小、重量轻、传动比大、效率高、承载能力大、运转可靠以及寿命长等。减速器的种类虽然很多 ,但普通的圆柱齿轮减速器的体积大、结构笨重 ;普通的蜗轮减速器在大传动比时 ,效率较低 ;摆线针轮减速器虽能满足以上提出的要求 ,但其成本高 ,需要专用设备制造。而利用少齿差行星传动可降低成本。 少齿差行星齿轮传动具有以下优点 :(1)加工方便、制造成本较低。渐开线少齿差传动的特点是用普通的渐开线齿轮刀具和齿轮机床就可以加工齿轮 ， 不需要特殊的刀具与专用设备 ,材料也可采用普通齿轮材料。 (2)传动比范围大 ,单级传动比为 101000 以上。 (3)结构形式多 ,应用范围广。由于其输入轴与输出轴可在同一轴线上 ,也可以不在同一轴线上 ,所以能适应各种机械的需要。 (4)结构紧凑、体积小、重量轻。由于采用内啮合行星传动 ,所以结构紧凑 ;当传动比相等时 ,与同功率的普通圆柱齿轮减速器相比 ,体积和重量均可减少 1/3 2/3。 (5)效率高。当传动比为 10 200 时 ,效率为 80% 94%。效率随着传动比的增加而降低。（ 6)运转平稳、噪音小、承载能力大。由于是内啮合传动 ,两啮合轮齿一为凹齿、一为凸齿 , 两者的曲率中心在同一方向 , 曲率半径又接近相等 ,因此接 触面积大 ， 使轮齿的接触强度大为提高 ； 又因采用短齿制 ， 轮齿的弯曲强度也提高了。此外 ， 少齿差传动时 ,不是一对轮齿啮合 ， 而是 3 9 对轮齿同时接触受力 ， 所以运转平稳、噪音小 ， 并且在相同的模数情况下 ， 其传递力矩比普通圆柱齿轮减速器大。基于以上特点 ， 小到机器人的关节、大到冶金矿山机械 , 以及从要求不高的农用、食品机械 , 到要求较高的印刷和国防工业都有应用实例。 缺点是： (1)渐开线少齿差传动也有一些缺点，主要是它的设计计算比较复杂由于啮合齿轮的齿数差较少，采用标准齿轮传动会出现许多干涉现象为了避免各种干涉，需要采 用变位齿轮选择适当的变位系数就成为少齿差传动的关键问题随着计算机技术的问题，这一问题以逐步得到解决。 （ 2）行星齿轮轴承的径向载荷较大。（ 3）轴孔的位置精度要求较高，轴销安装也有一定困难。一般只有生产少齿差减速器的专业工厂能加工好，非专业的一般机械厂往往很难加工合格，在一定程度上限制了少齿差传动的推广。 利用少差齿传动机构的优越性可以改进和提高机械设备的传动机构技术性能，将渐开线少齿差行星齿轮传动应用于建筑起重卷扬机的动力传输系统，是使传统卷扬机减小体积，优化结构，降低成本，提高性能的有效途径，具有广泛的 前景。 侧装少齿差传动卷扬机设计 1 绪论 卷扬机国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向 国内卷扬机概况 从 70 年代起，我国建筑卷扬机的生产进入了技术提高、品种增多的新阶段。在各厂自行设计和生产的基础上， 1973 年，由卷扬机行业组织了有关厂家和院校联合进行了卷扬机基型设计，并充分考虑到了当时中小厂家的生产能力。快速卷扬机的基型采用半开半闭式齿轮传动，离合器采用单锥面石棉橡胶摩擦带结构，操纵用手扳刹车带制动。慢速卷扬机的基型为闭式传动（圆柱齿轮传动或蜗杆传动减速 器）、电磁铁制动结构。这两种基型一直到现今还在生产。为适应生产发展的需要，当时第一机械工业部发布了 74建筑卷扬机型式与基本参数和 76建筑卷扬机技术条件两个部标准，并把卷扬机行业划归常德建筑机械研究所（长沙建筑机械研究院前身）领导。随着部标准的颁布，使建筑卷扬机有了大发展的基础。在此期间，由于石化工业的发展，大型设备很多，都需要吊装，如一些大型反应塔，塔的高度达七八十米，质量达五六百吨，就需要有大型吊装用的卷扬机，因而各厂家相继生产了202 1和图 2），满足 了 经济发展的需要。 图 1 快速卷扬机 图 2 20t 卷扬机 从 70 年代末期开始，中国实行了改革开放政策，使国民经济得到了大发展，基 本建设务增加了很多，促使建筑机械的使用大量增加，生产卷扬机的厂家亦随之大量增加。为使设计和生产规范化，国家颁布了 80建筑卷扬机、 83建筑卷扬机设计规范。随着改革开放逐步深入，生产形势的不断发展，新产品的开发提到日程上来了，不少生产厂家成立了厂属研究所，开发了如高速卷扬机、变速卷扬机 、自动限位卷扬机等新产品，以及谐波传动、摆线针轮传动、圆弧齿齿轮传动、圆弧齿圆柱蜗杆传动等具有新型传动型式的卷扬机。为使卷扬机的生产满足日益增加的需求和解决中小厂家设计力量薄弱的情况， 1988 年卷扬机行业组织了九厂一所一校成立了卷扬机系列设计组，对单简快速建筑卷扬机起重质量从 次设计分两种机型，一种为基本型（电控卷扬机），一种为溜放型（手控卷扬机）。设计既考虑到技术发展的趋势，又考虑到厂家的生产能力。因此基本型为一字型布置，采用二级或三级圆柱斜齿轮传动，电制动锥形转子 电动机；溜放型采用封闭式二级行星齿轮传动，普通 手操作两条制动带控制工作和制动。这两种机型结构紧凑，加工简单，操作方便，体积小，重量轻，一般中小企业均可生产，满足了生产的需要又实现了技术的进步。为使卷扬机发展规范化，又相继颁布了一系列有关建筑卷扬机的标准，有 86建筑卷扬机、 6建筑卷扬机试验规范和方法、 87建筑卷扬机术语、 91建筑卷扬机安全规程、 5031 93建筑卷扬机设计规范等。 国外卷 扬机概况 在国外，卷扬机的品种繁多，应用也很广泛。在西方技术先进的国家中，虽然工业水平先进，机械化程度不断提高，起重设备也在不断更新，但仍不能完全淘汰卷扬机这样的行之有效的简单机械设备。下面介绍一下几个主要国家生产卷扬机的状况。 （ 1）美国 美国生产卷扬机的厂家有近百家，主要有贝波（ 际有限公司、哲恩（ 限公司等。贝波国际有限公司成立于 1919年，有七十多年的设计和生产实践经验。主要产品有：气动链式卷扬机（ 40t），防爆拖式气动卷扬机（ 0t），驳船卷 扬机（手动、气动、电动、液压， 25 75t），电动链式卷扬机（ 0t），电动葫芦（ 15t），电动卷扬机（ 手动卷扬机（ 75t），液压卷扬机（ 1 10t），水平卷扬机（ 9t），手动链式卷扬机（ 100t），棘轮牵引器（ 空中吊运车（ 20t）。哲恩有限公司是美国较大的生产起重设备的 公司，主要产品有各种手动卷扬机、电动卷扬机、提升机械及起重机。手动卷扬机的主要品种有：直齿传动卷扬机、蜗杆传动卷扬机；电动卷扬机的主要品种有：蜗杆传动系列、直齿齿轮传动 系列、齿轮蜗杆传动组合系列、直接驱动系列、链传动系列。其中直接驱动式电动卷扬机的传动是全封闭行星齿轮传动，传动系统全部装在卷筒里面，机架和卷筒用高强度钢焊接而成。美国除上述两家公司外，比较重要的生产厂家还有布劳斯公司、赛林公司、斯塔斯派克公司、阿姆降公司、英格索艺德公司等。 （ 2）日本 日本从明治 30 年开始制造和使用卷扬机。据日本荷役机械研究所核计， 19701975年间卷扬机的产量增加 据日本通产省机械核计月报载，仅 1977年单纯土建卷扬机的产量就达 12 万台，产值约 100 亿日元。日本卷扬机行业 由机械技术部会、荷役机械技术委员会领导。主要生产厂家有北川铁工所、远滕钢机、南星、越野总业、艺浦、松岗产业等 80 多个厂家。北川铁工所是一家大型生产厂。其生产的卷扬机品种系列比较齐全，主要有： 分 率为 44丝绳拉力从 588044100N，有 18 个规格。 是 V 型带传动， 是单筒开式齿轮传动， 是双筒开式齿轮传动。其结构特点是全部为标准型，采用改进了的螺旋顶丝式离合器操纵，因而操作简便，易调整。鼓形离合器采用单锥体式，摩擦材料采用带型树脂。 该厂生产的电动卷扬机为 ，功率 11力 6000142100N。四种规格。其结构特点是：全封闭内齿轮传动：电动机在一端，减速器、制动器和操作部分在另一端，中间是卷筒，一字型布置；按钮操作，可远距离遥控；最大特点是卷筒可缠绕 8 9层，容量大，适于高层建筑使用。 主要用于提升大型重物或设备，可两档机械变速，设有电磁铁制动器、手制动器和棘轮停止器，以确保安全。 国外卷扬机的发展趋势 由于基础工业的发展，大型设备和建筑构件要求整体安 装，促使了大型卷扬机的发展。 为了实现卷扬机的自动控制和遥控，国外广泛采用了先进 的电子技术，对大型卷扬机安装了电器连锁装置，以保证绝对安全可靠。 为了提高机械化水平，减轻工人劳动强度，国外大力发展小型手提式卷扬机，如以汽车蓄电池为动力的直流电动小型卷扬机。 欧美国家非常重视发展借助汽车和拖拉机动力的卷扬机。此种卷扬机机构简单，有一个卷筒和一个变速箱，动力源就是来自汽车或者拖拉机等。 少齿差行星齿轮传动技术现状及发展 少齿差行星齿轮传动是行星齿轮传动中的一种 , 由一个外齿轮与一个内齿轮组成一对内啮合齿轮副 , 它采用的是渐开线齿形 , 内外齿轮的齿数相差很小 , 故简称为少齿差传动。一般所讲的少齿差行星齿轮传动是专指渐开线少齿差行星齿轮传动而言的。渐开线少齿差行星齿轮传动以其适用于一切功率、速度范围和一切工作条件 ,受到了世界各国的广泛关注 , 成为世界各国在机械传动方面的重点研究方向之一。 国内为研究现状 当内啮合的两渐开线齿轮齿数差很小时 , 极易产生各种干涉 , 因此在设计过程中选择齿轮几何参数的计算十分复杂。早在 1949 年 , 苏联学者就从理论上解决了实现一齿差传动的几何计算问题。但直到 1960 年代以后 ,渐开线少齿差传动才得到迅速的发展。目前有柱销式零齿差十字滑块、浮动盘等多种形式。 随着少齿差行星齿轮传动研究的深入 , 已成功地开发出不少新的渐开线少齿差行星齿轮传动形式。目前 , 我国研究出一种连杆行星齿轮传动 平行轴式少齿差内齿行星齿轮传动。该类传动是以连杆内齿轮 ( 齿板 ) 为行星轮 , 采用双曲柄输入 , 且无输出机构。主要有一齿环 ( 一片连杆行星齿板 ) 、二齿环 ( 两片连杆行星齿板 ) 、三齿环及四环等结构形式 的减速器。 国内外学者在齿形分析、结构优化、接触分析、结构强度、动态性能、传动效率、运动精度方面进行了大量的研究 , 利用计算机技术进行减速器各主要部件的实体建模、仿真、干涉检查等 , 缩短了产品的开发周期 , 并应用到产品的设计中 , 取得了许多有价值的成果。如对 环式减速器的传动机理进行了分析研究 , 建立了环式减速器系统受力分析模型 , 得出目前环式减速器0 存在惯性力或惯性力矩不平衡的结论。又如对平行动轴少齿差传动多齿接触问题动平衡进行了研究 , 以有限元弹性接触分析理论为基础 ， 建立了平行动轴少齿差传动多齿接触问题时的有限元分析模型 , 提出了一种对研究平行动轴少齿差传动内齿轮副啮合过程中实际接触齿对数、齿间载荷的分配及齿面载荷分布的分析计算方法。为平行动轴少齿差内啮合齿轮传动的承载能力的计算、齿轮几何参数的确定及零部件的强度分析计算提供了理论依据。采用遗传算法模拟生物自然进化过程来搜索少齿差传动参数的最优解。通过优化后的少齿差传动装置具有较小的体积和较好的传动性能。 发展趋势 齿轮传动技术是机械工程技术的重要组成部分 , 在一定程度上标志着机械工程技术的水平 , 因此 , 齿轮被公认为工业和工业化的象征。为了提高机械的承载能力和传动效率 , 减少外形尺寸质量及增大减速机传动比等 , 国内外的少齿差行星齿轮传动正沿着高承载能力、高精度、高速度、高可靠性、高传动效率、小型化、低振动、低噪音、低成本、标准化和多样化的方向发展的总趋势。少齿差行星齿轮传动具有体积小、重量轻、结构紧凑、传动比大、效率高等优点 , 广泛应用于矿山、冶金、飞机、轮船、汽车、机床、起重运输、电工机械、仪表、化工、农业等许多领域 , 少齿差行星齿轮传动有着广泛的发展前景。 设计思路及方案论证 设计卷扬机首先要 确定卷筒直径，因为它直接影响卷扬机的结构及转速。如果卷筒直径大，会使卷扬的涨、抱闸系统的直径增大，其产生的力矩大大增加；还使卷扬机的转速下降，达不到设计要求。 卷筒直径确定后，可以进行卷扬机的转速计算。 接下来就是 减速装置设计计算（渐开线少齿差行星齿轮减速装置设计， 齿轮传动设计 ）。而减速器的设计关键在于掌握渐开线少齿差行星传动的原理：少齿差行星传动原理如图 3 所示，当带曲柄的输入轴旋转时，空套在曲柄上的行星轮 向旋转（ ，然后通过输出轴输出，去速比是 I 负号代表旋转反向相反。 1 图 3 少齿差传动原理简图 在渐开线少齿差传动内啮合中，由于内啮合和外啮合的齿数差少，在切削和装配时常会产生干涉，以致造成废品。因此，为了保证内啮合传动的正常运转，设计时应满足一下限制条件：（ 1）内啮合的齿顶圆不小于基圆：（ 2）外啮合的齿丁顶不得变尖，要有足够的厚度；（ 3）内啮合的齿丁顶不得变尖，要有足够的厚度；（ 4）不发生过渡曲线干涉，渐开线干涉和齿廓重迭干涉；（ 5）插齿刀切入进给时，不发生跟切现象；（ 6）啮合率不小于 1。 此外 ，由于少齿差行星传动的齿普遍采用正角度变位，其齿面接触强度和齿根弯曲强度都较高，而且齿面接触强度远高于齿根弯曲强度。所以，少齿差传动齿轮的模数通常是按弯曲强度计算得出，或按结构要求和功率大小初选，然后校核弯曲强度。 2 主要设计参数的确定 卷扬机工作级别的确定 由于卷扬机设计要求为：每日两班间歇工作，工作寿命为 10 年；因此根据相关文献查得其利用等级为5根据相关公式确定起载荷谱系数为 此根据相关设计手册确定起工作级别为5钢丝绳直径的选取 根据已知条件（额定拉力 100米 /分）对钢丝绳进行选取。 目前在工业化国家，对钢丝绳直径的选择普遍采用选择系数法。国际标准丝绳的选择）也推荐采用此方法。 钢丝绳的直径不应小于下式计算的最小直径 主要设计参数的确定 2 c s式中 s 钢丝绳最大工作拉力 c 钢丝绳选择系数，它与机构的工作级 别、钢丝绳是否旋转以及吊运物 品的性质等因素有关。目前，建筑卷扬机还没有此系数的气体规定。可参考建筑卷扬机设计一书中的表 3 96进行选取。部分数据在下表已给出。 据查表取得 c 已知 s=10算得： 310 10 取钢丝绳直径为 d=11， 表 1 钢丝绳选择系数 卷扬机工作级别 t 值（ N 吊运一般物资 不旋转钢丝绳 可自由旋转钢丝绳 钢丝绳的平均抗拉强度极限（ 1570 1770 1960 2150 2450 1570 1770 2 3 4 7 卷筒计算直径的确定 由绕在卷筒上的钢丝绳圈中心算起的卷筒直径0D,称为卷筒的计算直径。为保证钢丝绳有足够的使用寿命，卷筒的计算直径不易太小。 01D 1筑机械设计中表 3 11 选取 ， 据查表取得1h 19，则有： 0 19 11D 209取0D=240 电动机功率的选择、总传动比计算与校验 选择电动机 正确选择电动机额定功率的原则是：在电动机能够满足机械负载要求的前提主要设计参数的确定 3 下，最经济、最合理地决定电动机的功率。 建筑卷扬机属于非连续工作机械，而启动、制动频繁。因此选择电动机应与其工作特点相适应。建筑卷扬机主要 采用三向交流异步电动机。 该卷扬机输出功率2p=0 310 20/60=310 w F 额定拉力（ F=10 V 提升速度（ V=20 米 /分）； 卷扬机整机传动效率。 可设定效率 输入 功率1p2p/ 310 w 根据该卷扬机的工作特点可选 Y 系列异步电动机。 据化学工业出版社机械设计手册第四版可选电动机： 6 其技术参数如表 2： 表 2 技术参数 型号 功率 /速 r/量（ 960 75 确定传动比 按额定转速初定总传动比 总传动比按下式计算 中 电动机额定转速（ r/ 卷筒转速（ r/ 式中 钢丝绳额定速度（ m/ 卷筒基准层钢丝绳中心直径（ ，即卷筒计算直径。 由已知得：20m/ 上面初定240开线少齿差减速装置的设计 4 故320 10240 此可计算总传动比 i 960 36 3 渐开线少齿差减速装置设计 少齿差传动原理 图 3 1所示是采用销轴式输出机构的少齿差行星传动简图，它主要由偏心轴、行星轮（两个）、内齿轮、销套（未画出）、销轴、转臂轴承（未画出）等组成。属于 图 4 少齿差行星传动简图 1销孔 2销轴 3 销轴盘 1z行星轮 2z中心轮（内齿圈） 上图中当内齿轮固定，偏心轴作为主动件转动时，迫使行星轮绕内齿圈作行星运动，并通过传动比等于一的销轴输出。当 2z 1z 1 时，偏心轴每转一周，行星轮 1z 沿相反方向转过一个齿。当偏心轴转过 1z 时，行星轮转一转，输出轴同样转一转。这是一种传动方式，另外一种传动方式是构件 V 固定，转臂 H 主动，内齿轮 种情况就是要设计的卷扬机的工作情形了。 齿轮齿差的确定 少齿差传动一般齿差数为 1 4，由于传动比 i 36，不是很大，故可取齿差数渐开线少齿差减速装置的设计 5 2。 对于图 4所示的 K H 转臂 ： 221z 当内齿轮 2固定，转臂 件 V 从动时，可由上式得传动比公式为： 121zi 上式中的“”号表示从动件 转向相反。 当构件 V 固定，转臂 H 主动，内齿轮从动（即相当于卷筒转动的情况），可得出传动比公式为： 221zi 上式中的“ +”号，表示从动件 2与主动件 已知齿数差1 2， i 36，可得： 2z 2 36 72 ， 1z 7270。 选定齿轮的精度等级和材料 一般选用 7级精度。 内齿轮采用 40热处理要求：调质后表面淬火， 调质硬度为 250面接触疲劳极限应力 00 ，齿轮齿根弯曲疲极限应力 50 ；外 齿轮（行星轮）用 20碳淬火，低温回火，表面硬度 60心部 02面接触疲劳极限应力 350 ，齿轮齿根弯曲疲极限应力00 。 齿轮模数的确定 由于少齿差行星传动的齿轮普通采用正角度变位，其齿而接触强度和齿根弯曲强度都较高，而且齿面接触强度远高于齿根弯曲强度。所以，少齿差传动齿轮的模数通常按弯曲强度决定；或按结构要求和功率大小初选，然后校核弯曲强度。 在这里就按弯曲强度来确定模数，因为少齿差传动一般选用短齿，内外齿 轮啮合的很好，齿面接触较好，只要行星轮的弯曲强度足够，内齿轮就不会有问题的，所以渐开线少齿差减速装置的设计 6 在确定模数的时候就只用按行星轮的弯曲条件来计算模数。 按行星轮齿根弯曲强度设计，弯曲强度设计公式： 23 212 ()F a S （ 1）根据行星轮的 表面硬度 60得其弯曲疲劳强度极限 900 P a 。 （ 2）由机械设计书中的图 10 18 查得弯曲疲劳寿命系数 。 （ 3）计 算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S 0 . 8 2 9 0 0 5 4 6 . 4 31 . 4F N F EF k M P （ 4）计算载荷系数 K 试选载荷系数 3.1 计算外齿轮传递的扭矩 562 3 . 9 2 29 5 . 5 1 0 9 5 5 0 0 0 0 1 . 4 1 3 4 1 0 . 5 m 取齿宽系数 12.0d 查材料的弹性影响系数 ；内齿轮的接触疲劳强度为li m 2 600H M P a ;外齿轮的接触疲劳强度为li m 1 1350H M P a 。 计算应力循环次数 9116 0 6 0 9 6 0 ( 2 8 3 0 0 1 0 ) 2 . 7 6 1 0hN n j L 921 2 . 7 6 1 0 ； 查图得接触疲劳寿命系数 K； 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数是 s= P 0 3 5 0* 1l i 渐开线少齿差减速装置的设计 7 2 l i m 12 0 . 9 2 * 6 0 0 4 9 2 . 8 61 . 1 2H N M P 试计算小齿轮分度圆直径 3 211 )(1* ，带入数据得 1 3 0 2 td m m 计算圆周速度 100060 1 ，带入数据得 v=s 计算齿宽 1* 3 0 2 . 0 9 * 0 . 1 2 3 6 . 2 5b m m 模数113 0 2 . 0 9 4 . 3 270 取齿高 *( 2 ) 7 . 3 4h c m m m 所以 b/h= v=s， 7 级精度，由图 14得动载荷系数 再由表 10得齿间载荷分布系数 1 ； 再由表 14 使用系数 1。 由表查得 7 级精度、行星轮相对支承对称布置时， 2 3 2 31 . 1 2 0 . 1 8 0 . 2 3 1 0 1 . 1 2 0 . 1 8 0 . 1 2 0 . 2 3 1 0 3 6 . 2 5 1 . 1 3 再由 ，机械设计书中图 10以载荷系数 =1 5） 查取齿形系数 由机械设计书中图 10 5 查得 6）查取应力校正系数 由机械设计书中图 10 5 查得 开线少齿差减速装置的设计 8 （ 7）设计计算 带入数值得出： 3 212 )(2 取模数为 m 4。 齿轮基本参数的确定 尺寸基本参数的选定即几何尺寸的计 算 少齿差传动齿轮尺寸设计中，在齿数模数已知的条件下，应先选择合适的啮合角，通过变换变为系数来满足设计要求。 齿轮齿数 801 Z ， 822 Z ； 齿轮模数 m=5； 取齿顶高系数 取顶隙系数 c ； 齿形压力角 00 20； 齿轮分度圆直径 11 ， 22 ； 未变位时的中心距 21* ( )2d m Z ； 初选啮合角 40； 计算中心距 0 ； 实际中心距 a =a *10+10； 实际啮合角 )c o s*c o s ( 0 ； 分度圆分离系数 ； 初取小齿轮变位系数 01x ； 大小齿轮变位系数之差 2 1 2 1() 2 t a ni n v i n vx x Z Z 齿轮顶高 )(*1*1 ， )(*1*2 ； 渐开线少齿差减速装置的设计 9 分度圆 直径 2211 *,* ； 齿顶圆直径 111 *2 aa ， 212 *2 aa ； 齿根圆直径 )(*2 1*11 ， )(*2 1* ； 基圆直径 ,1 2 ； 齿顶圆压力角 111 c ，222 ； 重合度系数 )t